前沿新材料的介绍

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1、前沿材料的介绍前沿材料的介绍材料是指消灭或正在进展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的 材料。它主要包括电子信息、光电、超导材料；生物功能材料；能源材料和生 态环境材料；高性能陶瓷材料及型工程塑料；粉体、纳米、微孔材料和高纯 金属及高纯材料；外表技术与涂层和薄膜材料；复合材料；智能材料；构造 功能助剂材料、优异性能的型构造材料等。材料的应用范围格外广泛，发 展前景格外宽阔，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济进展、科 技进步和国防实力的重要标志。综观全世界，材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各 个领域，支撑着一大批高技术产业的进展，对国民经济的进展具有举足轻重 的作用，

2、成为各个国家抢占将来经济进展制高点的重要领域。一、材料产业的主要特点1、应用领域宽广、相互之间关联度小材料种类纷繁，涉及多个不同行业，不仅包括纳米材料，磁性材料等 产品，还包括与能源结合严密的型能源材料，与信息产业严密结合的光通讯材料，更有聚氨酯，氯化聚乙烯，有机氟材料等高分子材料；同时，生产这些产品的企业又分处不同行业，无论是设备、生产技术，还是销售市场均存在较大差异。2、学问与技术密集度高3、高投资、高风险、高收益4、材料产业与其他产业的关联度高从材料产业与其他产业的关系来说，具有先导性、根底性和带动性。 材料广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，是其他高技术及其产业进展的根底和先导

3、；材料与传统产业严密结合，产业构造横向集中。随着高技术的进展，传统材料产业向材料产业进展。二、前沿材料介绍1、纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围 (1-100nm)或由它们作为根本单元构成的材料，这大约相当于 10100个原子严密排列在一起的尺度。目前纳米材料在很多方面都已投入应用：1） 、 纳米磁性材料：在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有格外特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴构造和 矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且 记录密度比-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体， 用于电声器

4、件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。2） 、 纳米陶瓷材料：传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒简洁在其他晶粒上运动，因此，纳米陶 瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料 可在常温或次高温下进展冷加工。假设在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形， 然后做外表退火处理，就可以使纳米材料成为一种外表保持常规陶瓷材料的硬 度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。3） 、纳米传感器：纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都格外敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气

5、检测仪，检测灵敏度比一般的同类陶瓷传感器高得多。4） 、 纳米倾斜功能材料：在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内外表需要耐高温，其外外表要与冷却剂接触。因此，内外表要用陶瓷制作，外外表则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。假设制作时在金属和陶瓷之间使其成分渐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量渐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能到达燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。5） 、纳米半导体材料：将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有很多优异性能。例

6、如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至消灭负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照耀时产生的电子和空穴具有较强的还 原和氧化力气，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无 毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化 分解无机物和有机物。6） 、纳米催化材料：纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、外表的体积分数较大、外表的化学键状态和

7、电子态与颗粒内部不同、外表 原子配位不全，导致外表的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的根本条件。 镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反响是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反响的温度从 600 降低到室温。7） 、 医疗上的应用：血液中红血球的大小为6 0009 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。假设把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进展治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制

8、造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为便利，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜寻并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。通过纳米粒子的特别性能在纳米粒子外表进展修饰形成一 些具有靶向，可控释放，便于检测的药物传输载体，为身体的局部病变的治疗供给的方法，为药物开发开拓了的方向。8） 、纳米计算机：世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了 18 000个电子管，总重量30 t，占地面积约170 m，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在1 s 内

9、只能完成5 000次运算。假设承受纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种将来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度又远非今日的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来格外可观的效益。可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍承受纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。9、家电：用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用为作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。10、环境保护：环境科学领域将消灭功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进展过滤，从而消退污

10、染。11、纺织工业：在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米 ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的 功能纤维。12、机械工业：承受纳米材料技术对机械关键零部件进展金属外表纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。2、超导材料超导材料指在确定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料，能够无损耗地传输电能。超导材料具有的优异特性使它从被觉察之日起，就向人类呈现了迷人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次

11、还有材料制作的工艺等问题例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题。超导材料的应用主要有：利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子、磁悬浮运输、受控热核反响、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电功率可达10000MVA；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。制作一系列周密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、规律元件等。利用约瑟夫森结作计算机的规律和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快 1020 倍，功耗只有四分之一。3、智能材料智能材料，是一种能感知外部刺激，能够推断并适当处理且本身可执行的型功能材料，是继自然材料、

12、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术材料进展的重要方向之一，将支撑将来高技术的进展，使传统意义下的功能材料和构造材料之间的界限渐渐消逝，实现构造功能化、功能多样化。一般来说智能材料具有七大功能，即传感功能、反响功能、信息识别与积存功能、响应功能、自诊断力气、自修复力气和自适应力气。在建筑方面，科学家正集中力气研制使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“安康”状况，并能进展行“医治疾病”的材料。在飞机制造方面， 科学家正在研制具有如下功能的智能材料：当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料能快速变形，并带动机翼转变外形，从而消退涡流或逆风的影响，使飞机仍

13、能平稳地飞行。可进展损伤评估和寿命推想的飞机自诊断监测系统。在医疗方面，智能材料和构造可用来制造无需马达把握并有触觉响应的假肢。军事方面，在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多 种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威逼进展监视和预警。 除上述几个方面外， 智能材料的再一个重要进展标志就是外形记忆合金，或称记忆合金。这种合金在确定温度下成形后，能记住自己的外形。当温度降到确定值相变温度以下时，它的外形会发生变化；当温度再上升到相变温度以上时，它又会自动恢复原来的外形。今后的争论重点包括以下六个方面：1智能材料概念设计的仿生学理论争论2材料智然内禀特性及智商评价体系的争论 3耗散构造理论应用于智

14、能材料的争论4机敏材料的复合-集成原理及设计理论5智能构造集成的 非线性理论6仿人智能把握理论4、生物材料生物材料是用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的自然或人造材料，其作用药物不行替代。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。生物材料按特性可分为：血液相容性材料，如人工瓣膜、人工气管、人工心脏、血浆分别膜、血液灌流用吸附剂、细胞培育基材等；软组织相容性材料， 如隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等，用于人工的能量都小；利用气体分别膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。2) 高分子磁性材料

15、高分子磁性材料，是人类在不断开拓磁与高分子聚合物(合成树脂、橡胶)的 应用领域的同时，而赐予磁与高分子的传统应用以的涵义和内容的材料之一。现在工业常用的磁性材料有三种，即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆，加工性差。为了抑制这些缺陷，将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料，因具有比重轻、简洁加工成尺寸精度高和简洁外形的制品，还能与其它元件一体成型等特点，而越来越受到人们的关注。高分子磁性材料主要可分为两大类，即构造型和复合型。3) 光功能高分子材料所谓光功能高分子材料，是指能够对光进展透射、吸取、储存、转换的一类 高分子材料。目前，这一类材料已有很多，主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料(如塑料透镜、接触眼镜等)、光转换系统材料、光显示用材料、光导电用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射，可以制成品种繁多的线性光学材料，像一般的安全玻璃、各种透镜、棱镜等;利用高分子材料曲线传播特性，又可以开发出非线性光学元件， 如塑料光导纤维、塑料石英复